Представлен инновационный подход: прогнозирование срока службы солнечных модулей в условиях песчаной эрозии

24 февраля 2025 года появились захватывающие новости из области исследований солнечной энергетики. Группа исследователей в Алжире достигла значительного прогресса в изучении долговечности солнечных модулей в песчаных средах. Они спроектировали совершенно новый испытательный стенд и сформулировали уникальный закон ускорения, который учитывает два важнейших фактора: скорость ветра и плотность песка. Эта новая методология была испытана на четырех фотоэлектрических (PV) модулях, и результаты оказались замечательными, указывая на срок службы до 47 лет с учетом воздействия песка.

Это исследование охватывает несколько важных областей в солнечной энергетической отрасли, включая производство, оценку качества модулей, решение проблем загрязнения и общие технологические НИОКР. Это значительный вклад, особенно для таких регионов, как Алжир в Северной Африке, где широко распространены пустынные ландшафты, а потенциал солнечной энергии огромен, но оспаривается песчаной эрозией.

Ученые из Алжира предложили инновационный испытательный стенд ускоренного старения специально для фотоэлектрических модулей и разработали невиданный ранее закон ускорения, адаптированный к деградации, вызванной песчаной эрозией. Абделькадер Элхарраз, автор-корреспондент, поделился с журналом pv: «Наше исследование выделяется среди существующих моделей. Мы представили закон, разработанный исключительно для песчаной эрозии. Включая скорость ветра и плотность песка, мы можем предсказать срок службы модулей в условиях пустыни с гораздо большей точностью».

В пустынных регионах песчаная эрозия является одной из самых серьезных угроз надежности фотоэлектрических модулей. Постоянное воздействие частиц песка, переносимых сильным ветром, наносит как механические, так и оптические повреждения поверхности модуля. Эти повреждения проявляются в различных формах: защитный стеклянный слой истирается, антибликовое покрытие царапается, а пыль и мусор скапливаются. Все эти факторы в совокупности снижают светопропускание и в конечном итоге снижают общую выходную мощность модулей.

Созданная по индивидуальному заказу испытательная установка — это чудо инженерной мысли. Она позволяет исследователям точно контролировать параметры, влияющие на эрозию песка. Имеется механизм подачи песка, который может регулировать плотность песка, вентилятор с переменной скоростью для регулирования скорости ветра и вращающийся столик, который обеспечивает воздействие песка на модули со всех сторон. Чтобы сделать испытания более репрезентативными для реальных условий пустыни, они использовали песок из зон опустынивания. Этот тип песка имеет более крупные зерна неправильной формы, что делает эрозию более интенсивной.

Исследовательская группа выбрала четыре монокристаллических кремниевых фотоэлектрических модуля для тестирования. Два из них были совершенно новыми 100-ваттными модулями Dinel Solaire, а два других были ранее использованными 80-ваттными модулями Visel. В условиях тестирования 1 модули подвергались воздействию песка плотностью 5,8 г/м³ и скорости ветра 12 м/с. Условия тестирования 2 были еще более жесткими, с плотностью песка 10,3 г/м³ и скоростью ветра 15 м/с. По словам исследователей, условия 1 имитировали «жесткую ускоряющуюся среду», а условия 2 представляли собой «еще более суровую и ускоряющуюся среду».

Новый закон ускорения, названный в честь его создателей законом Элхарраза - Буссаида, учитывает скорость ветра и плотность песка. Он вычисляет среднее время до отказа (MTTF), которое указывает среднее время, в течение которого система может работать до отказа при определенных условиях. В сочетании с программой анализа данных на основе нечеткой логики модель может определить коэффициент ускорения (AF). AF является важнейшей метрикой, поскольку он количественно определяет соотношение между скоростью деградации в условиях ускоренных испытаний и в реальных сценариях.

Профессор Эльхарраз объяснил: «Мы сопоставили собранные нами данные с реальными данными о ветре с солнечной электростанции в Адраре, Алжир. Затем этот всеобъемлющий набор данных использовался для оценки фактического срока службы этих модулей в типичных условиях эксплуатации в пустыне».

Результаты оказались весьма показательными. В регионе Адрар в Алжире их модель в сочетании с программой анализа данных на основе нечеткой логики предсказала, что модули VISEL будут иметь значительно более длительный срок службы - 46,8 лет по сравнению с модулями DINEL, которые, по оценкам, прослужат 31,6 года. Ежегодные темпы деградации также подтверждают эти выводы: модули VISEL показали темп 0,64%, а модули DINEL - 1,38%. Эти темпы согласуются с существующими исследованиями, подчеркивая потенциал модели для точного прогнозирования сроков службы модулей в районах, подверженных образованию песка.

Результаты исследования были опубликованы в статье «Новый закон ускорения деградации фотоэлектрических модулей под воздействием песчаной эрозии» в журнале Renewable Energy. Ученые из Университета Ахмеда Драи в Адраре (Алжир), Университета Медеа и Центра развития возобновляемой энергетики (CDER) сотрудничали в этом новаторском исследовании.